[發(fā)明專利]一種低電阻率各向同性石墨的制備方法

有效

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• 申請日: 2015-05-14
• 公開（公告）號: CN104876581B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設計）人: 劉金平;劉洪波;楊程;于新春
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南省長宇新型炭材料有限公司
• 主分類號: C01B32/205
• 分類號: C01B32/205
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙)43001
• 代理人: 周詠,林毓俊

技術領域

本發(fā)明涉及一種石墨加工工藝，具體涉及一種各向同性石墨的制備方法。

背景技術

大規(guī)格各向同性石墨材料具有良好的導電性、抗熱振性、耐腐蝕性和耐高溫、高強度、高硬度、自潤滑、防輻射、高熔點、高穩(wěn)定等特性，已廣泛應用于航空航天、國防軍工、核反應堆和半導體、電子、冶金等高科技領域，成為二十一紀最重要的戰(zhàn)略性新興材料。由于各向同性石墨屬于戰(zhàn)略物資，國外長期對我國進行技術封鎖，導致大規(guī)格各向同性石墨生產(chǎn)被國外企業(yè)壟斷。我國應用企業(yè)全部依賴進口，成本高且使用受到嚴格限制，嚴重制約了我國國防及高端應用行業(yè)的發(fā)展。

采用傳統(tǒng)方法焙燒大規(guī)格各向同性石墨生坯時因內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，造成溫度傳遞不均勻，內(nèi)外溫差過大，從而內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應力也不一致，最終導致70%以上產(chǎn)品在焙燒過程中開裂報廢，造成巨大損失。這也是國內(nèi)目前沒有企業(yè)能生產(chǎn)直徑超過1米以上的大規(guī)格各向同性石墨的主要原因。

現(xiàn)有大規(guī)格各向同性石墨焙燒工藝多采用環(huán)式焙燒爐加熱方式，熱量由外向內(nèi)傳遞，產(chǎn)品規(guī)格越大，焙燒裝備越差，產(chǎn)品內(nèi)外溫差就越大，熱膨脹及收縮不一致，導致產(chǎn)品產(chǎn)生因裂紋，合格率極低，至目前為止還不能批量生產(chǎn)￠800以上產(chǎn)品。

國外均采用熱傳遞比較均勻的“抽屜式焙燒爐”進行熱處理。“抽屜式焙燒爐”設計技術復雜，要求高、造價高、能耗高，盡管熱分布均勻，但由于是外加熱方式，產(chǎn)品受熱是由外至內(nèi)的一個傳遞過程，產(chǎn)品內(nèi)外溫差仍很大，內(nèi)外膨脹及收縮不一致，從而導致產(chǎn)品因應力不同產(chǎn)生裂紋。必須采取非常緩慢的加熱速率，才能保證產(chǎn)品少產(chǎn)生裂紋。由于焙燒時間長，能耗就高，但合格率仍只有75%左右。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種各向同性石墨的制備方法，得到的石墨生坯均質(zhì)性好、電阻率低。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種大規(guī)格各向同性石墨生坯的焙燒方法，熱傳遞均勻，合格率高。

本發(fā)明各向同性石墨的制備方法，原料按重量百分比采用：20~35%的高純石墨粉、20~35%的石油焦、20~40%的瀝青焦、15~25%的改質(zhì)瀝青和1~5%的表面活性劑，合計100%；其中高純度石墨粉要求含炭量99.9%以上；制備包括下述步驟：

1）將各原料分別進行第一次磨粉；

2）將高純石墨粉、石油焦和瀝青焦混合，加熱到150~180℃同時抽真空，然后加入改質(zhì)瀝青和表面活性劑進行加溫、加壓攪拌，保持溫度在180~200℃；

3）將混合均勻的原料進行扎片；

4）進行第二次粉碎，然后攪拌均勻；

5）將混合均勻的原料采用多孔模具進行等靜壓成型，得到各向同性石墨生坯，最后進行焙燒；所述多孔模具在四周均布有多個孔。

所述高純度石墨粉要求灰分低于300ppm，D50在15~25μm；改質(zhì)瀝青要求高溫軟化點溫度在100~115℃，揮發(fā)份少于45%，水分低于1%，灰分少于0.3%，喹啉不溶物含量低于8%；表面活性劑含有8個以上碳原子烴鏈。

所述石油焦的揮發(fā)份少于0.5%，水分低于0.5%，灰分少于0.5%，電阻率低于500μΩ·m。瀝青焦硫分少于0.5%，揮發(fā)份少于0.5%，水分低于0.5%，灰分少于0.5%，電阻率低于550μΩ·m。

第一次磨粉顆粒直徑控制在20~30μm，第二次磨粉后顆粒直徑少于50μm。

步驟2）將高純石墨粉、石油焦和瀝青焦混合1~1.5小時，抽真空真空度要求低于－80KPa，處理時間不小于1小時。

步驟2）加入改質(zhì)瀝青和表面活性劑進行加溫、加壓攪拌，壓力0.2~2MPa，時間2~2.5小時。

步驟4）二次磨粉后的原料攪拌30~40分鐘。

本發(fā)明大規(guī)格各向同性石墨生坯的焙燒工藝，先按上述方法生產(chǎn)出各向同性石墨生坯，然后采用串接式電焙燒石墨生坯：在爐頭電極和爐尾電極之間設置首尾串接的石墨生坯塊，生坯和生坯、生坯和電極板之間設置柔性石墨墊，爐尾安裝自動伸縮壓力裝置與電極相連，根據(jù)電焙燒過程中石墨生坯的膨脹和收縮自動伸縮。

本發(fā)明的低電阻率各向同性石墨生坯制備方法，利用原料配方和工藝方法的改進，實現(xiàn)了石墨各向同性成型，解決了石墨生坯電阻率高及均質(zhì)性差的技術難題，獲得均質(zhì)性好的低電阻率石墨生坯，與傳統(tǒng)電阻率相比低1倍。

具體來說，本發(fā)明低電阻率各向同性石墨生坯的制備方法主要有三個關鍵創(chuàng)新：

①?????改變原料配方；